地球上的水來自哪裡？或許來自小行星，也可能來自星雲

作者：Neel V. Patel

翻譯：Star

審校：Nothing

放眼望去，地球上到處都是水，但是水來自哪裡呢？（本文圖片）

如果地球上沒有水，就不會有生命，宇宙將會處於潮濕孤寂的莫因中（譯者注，莫因是文化的基本部門，通過非遺傳的方式，特別是模仿而得到傳遞。莫因目前比較公認的定義是“一個想法，行為或風格從一個人到另一個人的傳播過程。”）。但究竟水是如何在我們這個星球上出現的一直是一個謎。地球並不是剛形成就被一層層海洋包裹著。地球上的水本身肯定有一個起源，但是科學家在這個問題上尚未完全達成一致。

亞利桑那州立大學的研究人員在《地球物理研究雜誌：行星》（Journal of Geophysical Research: Planets）雜誌上的一篇新論文中提出，地球上的水是小行星上的物質在太陽形成後散落的剩餘氣體的輔助下形成的。

這並不是人們第一次提出地球上的水來自於外太空。從歷史上看，最簡單的解釋是地球上所有的水都來自小行星，這些小行星影響著具有46億年歷史的地球的早期演化。為什麽呢？因為地球上的水具有與小行星中發現的水相同的化學特徵 – 特別是氘（重氫同位素）與正常氫的比率。以前的實驗表明，儘管幾十億年前小行星撞擊地球產生了大量的熱和能量，但是水還是在這顆尚未完全形成的星球上保留了下來。

但是，這些理論還遠遠不足以解釋我們對水的起源的其他一些盲點。在地球海洋中發現的氫元素和地球其他部分的氫元素不一定相同——例如，來自地球核心部分的樣本擁有極少量的氘，而且氫元素不同同位素之間的比例和海洋並不相同，這似乎表明地核部分的氫元素並非來自小行星的撞擊。

小行星撞擊地球（圖片來自網絡）

亞利桑那州立大學的研究員Steven Desch，作為這個研究的共同作者，說道：“雖然許多模型都認為地核中可能存在氫元素，但是還沒有人考慮這會如何影響地幔中氫的同位素 [氘與氫]的比例。地球上的氫元素肯定具有其他來源，這些來源中的氘 - 氫比例比小行星要低。而唯一可能的其他來源就是太陽的星雲氣體。”

由於近年來的研究已經可以解釋行星的胚胎體是如何與太陽星雲氣體共存的（這些星雲氣體曾經被認為在行星開始形成之前就會很快消失），這樣的共存使得星雲氣體中的氫元素更容易留在行星的內部。鑒於這種可能性，該研究小組開始更認真對待地球上的氫元素可能來源於星雲氣體的這一想法。

氫元素的兩種同位素，上面是氫（氕），下面是氘（圖片來自網絡）

最終，研究人員利用他們新開發的框架獲得了地球最有可能的水起源歷史：數十億年前，擁有大量水的小行星開始相互融合，而太陽此時仍保留著太陽星雲。這些融合的小行星創造了行星胚胎，然後經過不斷的碰撞和合並，撞擊的能量非常大,以至於可以形成行星胚胎外層的岩漿層。

與此同時，包含氫元素和其他惰性氣體元素的太陽星雲氣體開始與行星表面的岩漿相互作用，逐漸形成行星的大氣層。來自太陽星雲的氫元素會溶解到行星岩漿層的鐵中。一種稱為同位素分餾的化學過程甚至會進一步將正常的氫拉向胚胎核心，而較重（和更稀有）的氘會留在地幔中。由帶有水分的小行星組成的小胚胎體擠滿了正在形成的地球，然後最終太陽系中出現了現在充滿水的地球。

總而言之，上面地球水的起源歷史證實地球上大部分水確實是來自小行星的，但它也證明了地球上約0.1％至0.2％的海洋是由來自太陽星雲氣體的氫元素形成的。

壯觀的星雲氣體——船底座星雲（圖片來自網絡）

此外，研究人員還使用該模型預測到了地球上現有的氫元素可以製造出填滿8個現有海洋的水：這些氫元素有八分之一存在於地表（也即現有的海洋），其中四分之一氫元素存在於地幔中，剩下的氫元素存在於地核部分。

最後，以上這些發現最大的不足就是它們都是根據模型預測出來的。還沒有真正可行的方法證明這一切已經發生了。

儘管如此，科學家們還是可以利用其它事件來檢測這個新理論的一些可行性。我們不知道在早期地球胚胎那種深度和壓力下的同位素分餾是什麽樣的，但該研究團隊計劃進行實驗來更詳盡的描述這一過程，這樣一來，該模型就可以更好反映實際發生的事情。該團隊還希望收集和分析更多具有極低氘氫比的地幔樣品，以期給理論提供更多的數據支持。

除了地球外，新理論的影響與其他行星的可居住性有關。 “即使是遠離富含水的小行星源的行星上也可能含有水，” Desch說。 “也許沒有地球那麽多，但是它們還是可能具有一層相當於地球海洋0.1到0.2倍的氫元素”，這個預測適用於金星和許多其他的系外行星。 “經過驗證，這個模型還允許快速增長的行星上具有水”，這是一個令人興奮的預測，因為這表明可居住行星形成的速度可能比我們想象的更快。 “這在很大程度上改變了我們對行星的理解。”

金星（圖片來自網絡）

亞利桑那州圖森市的行星科學研究所的研究員David P. O'Brien，他並沒有參與這項研究，但是他認為這個新模型對於結合幾種不同的水起源機制很有意義。 “過去大多數模型都是孤立地研究這些不同的起源機制，來展示它們如何能夠單獨解釋地球上所有水是如何形成的，”他說。 “這項新研究將它們結合在了一起，並表明它們可能都發揮了一定的作用......而且最終的結果與地球上測得的氘氫值和稀有氣體豐度一致。”雖然這個新模型並未完全顛覆我們之前關於地球上水的起源的相關結論，但是O'Brien發現這個模型還是很好的說明了地球上水起源過程的複雜性和多面性。

至少，這篇新論文提醒人們，太空中有一堆岩石可能蘊藏著珍貴的水資源，而且有朝一日我們也許會去開採這些水，雖然是小規模的開採。

開採小行星（圖片來自網絡）